(57)【要約】【課題】  本発明は、複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法に関し、各移動体端末は、利用者によって操作され、当該利用者とともに移動体ユニットと呼ばれるものを形成し、本方法は、前記基地局のそれぞれと前記移動体端末のそれぞれの間の結合損失関数値を求める少なくとも１つのステップを含む。【解決手段】  本発明によれば、結合損失関数値を求めるステップは、移動体ユニット損失関数と呼ばれる、各移動体ユニットにリンクした座標系に関連して定義される損失を表す関数の値を求めるステップを含む。さらに、本方法は、各移動体ユニットにリンクする座標系をその移動体ユニットの変位に基づいて方向付けるステップを含む。【選択図】  図１
2005168007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法であって、各移動体端末は、利用者によって操作され、この利用者と共に移動体ユニットを構成し、このシミュレートする方法は、前記基地局のそれぞれと前記移動体端末のそれぞれの間の結合損失関数値を求める少なくとも１つのステップを含んでおり、この結合損失関数値を求めるステップは、移動体ユニット損失関数と称する、各移動体ユニットにリンクした座標系に関連して定義される損失を表す関数の値を求めるステップを含み、このシミュレートする方法は、各移動体ユニットにリンクする座標系を前記移動体ユニットの変位に基づいて方向付けるステップを含むことを特徴とする、複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法。
【請求項２】
前記移動体ユニット損失関数の座標系を方向付けるステップは、考慮された前記移動体端末のシミュレートされた使用に基づくことを特徴とする、請求項１に記載の複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法。
【請求項３】
前記座標系は、前記移動体ユニット損失関数の原点軸を表す方向ベクトルおよび少なくとも１つの入射角によって画定される極座標系であることを特徴とする、請求項１または２に記載の複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法。
【請求項４】
前記移動体ユニットの変位は、前記移動体ユニットの速度ベクトルによって表されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法。
【請求項５】
前記移動体ユニット損失がリンクされる前記座標系を方向付けるステップは、移動体ユニットにリンクされる前記方向ベクトルと、前記移動体ユニットの速度ベクトルとの関係を定義するステップを含むことを特徴とする、請求項３または４に記載の複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法。
【請求項６】
前記移動体ユニット損失関数は、前記移動体ユニットの前記移動体端末のアンテナ変位関数を含むことを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法。
【請求項７】
前記移動体ユニット損失関数は、前記移動体ユニットの前記移動体端末を操作している前記利用者の人体損関数を含むことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既に知られているシミュレーション方法としては、移動体通信システムを実際に物理的に実施する前に、このシステムに含まれる無線基地局の配置、および前記ネットワークを管理するように意図された意思決定ネットワークインフラストラクチャの設計を最適化して、最適な通信サービスを可能な限り最小限のコストで提供することができるシステムを定義する方法がある。
【０００３】
このような既知のシミュレーション方法は、欧州特許公開公報第１３１７１５８号に記載されている。このシミュレーション方法は、少なくとも１つの相関パラメータにより１つずつ次のものと相関されるネットワークの複数のスナップショットまたは構成状態を作成することにある。このシミュレーション方法の各ステップにおいて、このように前のスナップショットとリンクされたスナップショットが用いられる。移動体端末の接続性はまず、シミュレーションされるパイロット信号に基づいて計算される。このパイロット信号は、ネットワークの基地局が発信して移動体端末によって受信されるものである。次に、各接続のアップリンクおよびダウンリンクの送信電力を、移動体端末のアンテナコネクタと基地局のアンテナコネクタの間の、またその逆の送信信号の平均減衰をそれぞれ考慮する結合損失項（coupling loss term）に基づいて求める。こうして移動体端末と基地局の間の各接続のサービス品質またはサービス等級を求めることができる。
【０００４】
基地局と移動体端末の間の結合損失は４つの項目、すなわち、基地局のアンテナ利得、基地局と移動体端末の間の送信チャネルにわたる伝搬損失、移動体端末のアンテナ利得、ならびに移動体端末を操作する利用者の身体（通常は頭部）に伴う損失を考慮する人体損（body loss）を考慮することを思い出す。
【０００５】
シミュレーション方法において重要な点は、オペレータが移動体通信ネットワークを通信可能範囲（ある領域をカバーするために必要な基地局の数）と、容量（ネットワークが同時に処理可能な移動体端末の数）とに関して適切に設計するために、結合損失項を正確に評価する点である。これは、移動体端末と基地局の間の結合損失項が、基地局がどのようにその適切な通信範囲(cell)を賄うか、および、その基地局の通信範囲がそのネットワーク内で隣接する通信範囲にどのように干渉するかということに影響を与えるためである。通信範囲同士の干渉は、移動体通信ネットワーク、特にＣＤＭＡネットワークにおいて重要な役割を持つ。
【０００６】
結合損失の評価は、そのコンポーネント全ての評価を暗示する。今日において、基地局のアンテナ利得および基地局と移動体端末の間のチャネルにわたる伝搬損失の評価は、非常に高度で正確な動作である。これは残念ながら、移動体端末のアンテナ利得および人体損には当てはまらない。
【０００７】
一般に、これらの２つの後者の項目について、評価は、過度に単純化したモデルによって、すなわち例えば移動体端末のアンテナの全方位放射図を考慮すること、および結果として得られる平均方向利得ならびに人体損の補正係数を導入することによって行われる。
【０００８】
それにもかかわらず、この手法は、利用者の方向における放射を最小化する傾向にある最近の移動体端末のアンテナ利得は、方向によって大きく変化するため正確ではない。実際、理論上は４πステラジアンにわたって平均方向利得が１であり、その一方でアンテナ利得は、アンテナポールの−３０ｄＢから優位偏光方位の２ｄＢ以上までと様々な値をとる可能性がある。したがって、アンテナが最小利得に対応する方向で信号を受信した場合、それらの信号は大きく減衰する可能性がある。全方向の平均ゲイン定数のモデルは、この状況を考慮に入れることができないため正確ではない。
【０００９】
この手法はまた、同じく結合損失に方向性の作用を導入する人体損のため正確ではない。
【００１０】
さらに、結合損失は、移動体端末で行われる使用により大幅に変化する可能性がある。例えば、移動体端末は、利用者の頭部付近の耳の近くで電話として用いられる場合と、利用者の身体の前方で手に持ってビデオ端末として用いられる場合とで、基地局に対して同じ関係を有しない。よって、このような状況を考慮しないモデルは正確ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の方法の目的は、前述した課題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的により、本発明は、複数の基地局および複数の移動体端末を含む移動体通信ネットワークの動作条件をシミュレートする方法に関し、各移動体端末は、利用者によって操作され、当該利用者とともに移動体ユニットと称されるものを構成し、このシミュレートする方法は、前記基地局のそれぞれと前記移動体端末のそれぞれの間の結合損失関数値を求める少なくとも１つのステップを含む。本発明のシミュレートする方法では、結合損失関数値を求めるステップは、移動体ユニット損失関数と称される、各移動体ユニットにリンクした座標系に関連して定義される損失を表す関数の値を求めるステップを含み、このシミュレートする方法は、各移動体ユニットにリンクした座標系をその移動体ユニットの変位に基づいて方向付けるステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の有利な特徴によれば、移動体ユニット損失関数の座標系を方向付けるステップは、考慮された移動体端末のシミュレートした使用に基づくものである。
【００１４】
本発明の別の有利な特徴によれば、座標系は、移動体ユニット損失関数の原点軸（origin axis）を表す方向ベクトルおよび少なくとも１つの入射角によって画定される極座標系である。
【００１５】
本発明の別の有利な特徴によれば、移動体ユニットの変位は、当該移動体ユニットの速度ベクトルによって表される。
【００１６】
本発明の別の有利な特徴によれば、移動体ユニット損失がリンクされる座標系を方向付けるステップは、移動体ユニットにリンクした前記方向ベクトルと、移動体ユニットの速度ベクトルとの関係を定義するステップを含む。
【００１７】
本発明の別の有利な特徴によれば、移動体ユニット損失関数は、前記移動体ユニットの移動体端末のアンテナ変位関数（antenna diagram function）を含む。
【００１８】
同様に、移動体ユニット損失関数は、前記移動体ユニットの前記移動体端末を操作している利用者の人体損関数を含む。
【００１９】
本発明の特徴は、添付図面に関して行われる以下の説明により明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、２つの基地局ＢＳ１およびＢＳ２ならびに移動体端末ＭＴを含む送信ネットワークの一例を示す。利用者ＵＳ（頭部のみを示す）が、移動体端末ＭＴを使用および操作しており、移動体端末ＭＴは、利用者の右耳に当てられている。利用者ＵＳの通信中、基地局ＢＳ１およびＢＳ２は移動体端末ＭＴへ信号を送り、この信号が移動体端末ＭＴのアンテナによって受信され、移動体端末ＭＴが基地局ＢＳ１およびＢＳ２の各々へ信号を送る。
【００２１】
シミュレーション方法は、ネットワークの異なる構成状態を表す、通常はネットワークの基地局に対する移動体端末の位置によって与えられるスナップショットを作成し、それに従って各スナップショットについて、各移動体端末ＭＴが受信する信号レベルと、各移動体端末が基地局へと発信する信号レベルとをシミュレートする。一定時間をおいて複数のスナップショットを検討した後、本シミュレーション方法は、ネットワークが提供できるサービス品質またはサービス等級を推定することを可能にする。このシミュレーション方法全体を、スナップショット毎に反復的に繰り返し、その結果が、基地局および移動体端末によって受信される電力レベルに依存する基本的なシミュレーション関数を含むものとして考えることができる。
【００２２】
図１の２つの基地局から移動体端末ＭＴが受信するこれらの電力レベルは、次のように表すことができる。
移動体端末ＭＴの基本的なシミュレーション関数＝ｆ（ＰＲ１，ＰＲ２）
ここで、ＰＲ１およびＰＲ２は移動体端末ＭＴが基地局ＢＳ１およびＢＳ２からそれぞれ受信する電力レベルである。移動体端末ＭＴが受信する電力レベルＰＲ１およびＰＲ２は、基地局ＢＳ１およびＢＳ２が送信する電力レベルＰＴ１およびＰＴ２、ならびに移動体端末と両方の基地局ＢＳ１およびＢＳ２のそれぞれとの間の結合損失に依存するため、次のように表すことができる。
移動体端末ＭＴの基本的なシミュレーション関数＝ｆ（ＰＴ１×ＧＢＳ１，ＰＴ２×ＧＢＳ２）
ここで、ＧＢＳ１およびＧＢＳ２は、基地局ＢＳ１およびＢＳ２のそれぞれと移動体端末ＭＴとの間の結合損失である。
【００２３】
結合損失は次のように表すことができる。
Ｇ＝ＡＢＳ×ＰＬ×ＡＭＴ×人体損
ここで、ＡＢＳは考慮された基地局のアンテナ利得であり、ＰＬは前記基地局と移動体端末の間の伝搬損失であり、ＡＭＴは移動体端末のアンテナ利得であり、ＢＬは人体損である。
【００２４】
シミュレーション方法において、最初の２つの項ＡＢＳおよびＰＬは考慮された基地局に依存する。これらは、考慮されたビームの方向θとともに顕著に変化する量として次のように表すことができる：Ｋ（θ）＝ＡＢＳ（θ）×ＰＬ。
【００２５】
前記のように、結合損失は、移動体端末ＭＴのアンテナ利得および人体損失も含む。第１項は、アンテナの放射図から推定することができ、第２項は、移動体端末の特定の使用について行う測定から推定することができる。第１項と第２項は、利用者ＵＳとその移動体端末ＭＴからなる全体にリンクしていることを容易に理解できるであろう。これは、第１項と第２項が互いに関係しているからである。この関係は主に移動体端末の使用に依存する。この全体を以下では移動体ユニットＭＵと呼ぶ。第１項と第２項を組み合わせることにより、以下で移動体ユニット損失関数と称する、図１に参照記号ＭＵＬで示す減衰図が形成される。
【００２６】
すると、結合損失を次のように表すことができる。
ＧＢＳ（θ）＝Ｋ（θ）×ＭＵＬ（θ）
ここで、ＭＵＬ（θ）は移動体ユニット損失であり、よってＡＭＴ×人体損として書くことができる。
【００２７】
移動体ユニット損失ＭＵＬは、移動体ユニットＭＵとリンクしており、座標系において、それが移動体ユニットＭＵにリンクしていることが分かっていることを意味する。問題は、この座標系が通常、シミュレーションプロセスの座標系に対応しないことである。
【００２８】
本明細書において、シミュレーションプロセスは、軸ｘｘ’および前記入射角の角度θによって画定される２次元の極座標系で行われることに留意されたい。それにもかかわらず、本発明は、３次元座標系にも当てはまり、極座標を、２つの角度θおよびφに関して表すことができることを理解しなければならない。この場合、移動体ユニット損失図もまた３次元である。
【００２９】
（さきほど定義した）ネットワークの各移動体ユニットにリンクされ、移動体端末の移動体ユニット損失がとる値を計算する目的で用いられる座標系（簡略にするためだけに２次元座標系）を検討する。
【００３０】
図２は、前記で定義した、互いに特定の関係にある移動体端末ＭＴと利用者ＵＳからなる移動体ユニットＭＵを示す。移動体ユニットＭＵにリンクした座標系は、原点軸ｙｙ’および角度αによって画定される２次元極座標系である。簡略化するために、原点軸ｙｙ’を、移動体ユニットＭＵの方向ベクトルと呼ばれるベクトルで実体化し、ＤＶとして参照する。方向ベクトルＤＶは移動体ユニットＭＵにリンクされる。図２はまた、移動端末ＭＴのアンテナの放射図ＲＤ、および考慮された使用における利用者とその移動体端末ＭＴの特定の関係における利用者の人体損の図ＢＬも示す。結果として得られる、移動体端末ＭＴのアンテナの放射図ＲＤと利用者の人体損の図ＢＬの組み合わせである移動体ユニット損失図ＭＵＬも示す。
【００３１】
ビームＢが、方向ベクトルＤＶに対して角度αで入射する場合、移動体ユニットの損失は、移動体ユニットＭＵにリンクされた座標系においてＭＵＬ（α）で与えられ、結果として得られる図に点ｍを生じる。
【００３２】
図１に示す、移動体ユニットＭＵの方向ベクトルＤＶは、シミュレーションプロセスを計算するために、座標系の軸ｘｘ’と角度βを形成する。よって、結合損失Ｇ（θ）は、移動体ユニットＭＴにリンクした座標系において求められる移動体ユニット損失ＭＵＬから、次式によって推定することができる。
Ｇ（θ）＝Ｋ（θ）×ＭＵＬ（θ＋β）
【００３３】
角度βは、現時点での、すなわち実際のスナップショットの移動体ユニットＭＵの位置および方位に依存することが理解できるであろう。
【００３４】
図１の移動体端末ＭＴ用の基本的なシミュレーション関数という結果を生じる式は次のようになることに留意されたい。
移動体端末ＭＴ用の基本的なシミュレーション関数＝ｆ（ＰＴ１×ＧＢＳ１，ＰＴ２×ＧＢＳ２）
＝ｆ（ＰＴ１×ＧＢＳ１（θ１），ＰＴ２×ＧＢＳ２（θ２））
＝ｆ（ＰＴ１×ＫＢＳ１（θ１）×ＭＵＬ（θ１＋β），ＰＴ２×ＫＢＳ２（θ２）×ＭＵＬ（θ２＋β））
ここで、θ１およびθ２は、基地局ＢＳ１およびＢＳ２が発信するビームの入射角であり、ＫＢＳ１（θ１）およびＫＢＳ２（θ２）は、角度θ１およびθ２によって与えられる方向について基地局ＢＳ１およびＢＳ２にリンクされる係数である。
【００３５】
シミュレーションプロセスにおいて、移動体端末ＭＴの変位、したがって移動体ユニットＭＵの変位は、各スナップショットにおいて与えられる。
【００３６】
本発明によれば、システムがシミュレーションプロセスの座標系に対して方向付けられるようにするために、移動体ユニットＭＵの変位（したがって移動体端末ＭＴの変位）と、移動体ユニットにリンクされる座標系との間に関係が形成される。
【００３７】
一般に、移動体ユニットの変位はその速度ベクトルＶによって表される。移動体ユニット損失図ＭＵＬの原点軸は（上述のような）方向ベクトルＤＶによって表される。よって、本発明によれば、移動体ユニットＭＵの速度ベクトルＶと方向ベクトルＤＶの間に関係が形成される。したがって、移動体ユニットＭＵの速度ベクトルＶが与えられているため、この関係により、移動体ユニットＭＵの方向ベクトルＤＶを求めることができる。角度βも推定することができ、考慮されたビームの移動体ユニット損失ＭＵＬ（θ＋β）を上の式から得ることができる。ゆえに、結合損失Ｇ（θ）を次のように計算することができる。
Ｇ（θ）＝Ｋ（θ）×ＭＵＬ（θ＋β）
【００３８】
本発明の一実施形態によれば、この関係は単なる角度関係である。例えば、この式は次の形で表すことができる：速度ベクトルＶおよび方向ベクトルがともに、値がτである角度を形成する（図１を参照）。この場合、角度βは次式によって計算することができる。
β＝｛Ｖとｘｘ’の間の角度｝−τ
【００３９】
速度ベクトルＶと方向ベクトルＤＶの間のこの関係は、検討時刻における移動体端末の使用の仕方に依存する。例えば、音声サービスを使用している場合、移動体端末ＭＴは利用者の頭部の左側（または右側）で、わずかに前向きに当てられる。この場合、方向ベクトルは速度ベクトルに対して略垂直で、わずかに下向きとなるが、速度ベクトルは水平である（図１を参照）。
【００４０】
映像サービスを使用している場合、移動体端末ＭＴは利用者の目の前で、下向きになっている。この場合、方向ベクトルは、下向きの速度ベクトルの方向にある（図３ａを参照）。
【００４１】
移動体端末をカメラとして使用している場合、移動体端末ＭＴは同様に利用者の前で、今度は前向きになっている。この場合、方向ベクトルは、速度ベクトルに対していくぶん平行である（図３ｂを参照）。
【００４２】
本明細書では、簡略にするために、検討する座標系を２次元系とし、極座標を角度θおよび大きさに関して表した。当業者であれば、座標系を３次元の座標系とし、極座標を２つの角度θおよびφに関して表すことも可能であることを理解できるであろう。この場合、移動体ユニット損失図もまた３次元図となり、方向基準軸ｘｘ’と移動体ユニットの方向ベクトルＤＶとの間の２つの角度が考慮される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の方法を例示するための移動体通信ネットワークを示す。
【図２】移動体端末の放射図である。
【図３ａ】本発明の一態様による、移動体端末の方向ベクトルと速度ベクトルの関係を作る方法を示す図である。
【図３ｂ】本発明の別の態様による、移動体端末の方向ベクトルと速度ベクトルの関係を作る方法を示す図である。
【図１】
2005168007.tif 000003
【図２】
2005168007.tif 000004
【図３ａ】
2005168007.tif 000005
【図３ｂ】
2005168007.tif 000006
【外国語明細書】
2005168007.tif 000007
2005168007.tif 000008
2005168007.tif 000009
2005168007.tif 000010
2005168007.tif 000011
2005168007.tif 000012
2005168007.tif 000013
2005168007.tif 000014
2005168007.tif 000015
2005168007.tif 000016
2005168007.tif 000017
2005168007.tif 000018
2005168007.tif 000019
2005168007.tif 000020
2005168007.tif 000021